(57)【要約】【課題】分子状被吸着物質の濃度調節をする必要や後処理をする必要がない吸着物質の平衡吸着量を算出する方法とする。【解決手段】密閉容器１内に被吸着物質８と吸着物質７とを共存させて被吸着物質８からの分子状被吸着物質が吸着物質７と接する状態とする。吸着物質７の吸着量が平衡に達した後、密閉容器１内の分子状被吸着物質の濃度と吸着物質７の平衡吸着量とを測定する。以上の作業を、被吸着物質８の量を変えて少なくとも２回以上行う。得られた測定値に基づいて、分子状被吸着物質の濃度と吸着物質７の平衡吸着量との相関関係式を求める。この相関関係式に基づいて、所定濃度の分子状被吸着物質と接した場合における吸着物質７の平衡吸着量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定濃度の分子状物質と接した場合における吸着物質の平衡吸着量を算出する方法であって、
密閉容器内に前記分子状物質を含む被吸着物質と吸着物質とを共存させて前記被吸着物質からの分子状物質が前記吸着物質と接する状態とし、前記吸着物質の吸着量が平衡に達した後、前記密閉容器内の分子状物質の濃度と前記吸着物質の平衡吸着量とを測定する作業を、
前記密閉容器内に存在させる前記被吸着物質の量を変えて少なくとも２回以上行い、
得られた測定値に基づいて、分子状物質の濃度と吸着物質の平衡吸着量との相関関係式を求めておき、
この相関関係式に基づいて、所定濃度の分子状物質と接した場合における吸着物質の平衡吸着量を算出する、ことを特徴とする吸着物質の平衡吸着量の算出方法。
【請求項２】
密閉容器内に被吸着物質と吸着物質とを共存させるとともに、前記密閉容器内の気相を撹拌する、請求項１記載の吸着物質の平衡吸着量の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭等の吸着物質の平衡吸着量を算出する方法に関するものである。特に、被吸着物質がダイオキシン類やＰＣＢ等の汚染物質である場合や、低濃度である場合に好ましい方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン類やＰＣＢ等の分子状汚染物質を含むガス、例えば、廃棄物の焼却処理に伴って発生するガスや、化学処理に伴って発生するガスなどは、そのままの状態では、大気中に放散することができない。そこで、例えば、分子状汚染物質を分解処理しているが、分解処理のみによっては分子状汚染物質を完全には処理することができず、一般には、更に活性炭等の吸着物質が装填された吸着塔を通して分子状汚染物質を吸着除去し分子状汚染物質を可能な限り低減した後に大気中に放散している。
【０００３】
一方、分子状汚染物質の吸着除去を行う吸着塔は、装填する吸着物質の平衡吸着量（吸着量の限界）に基づいて、吸着物質の装填量を設定し、あるいは耐用年数の把握をなすのが好ましいが、現在のところ、このような設定・把握はなされていない。
【０００４】
また、吸着物質の平衡吸着量は、分子状汚染物質の濃度に応じて変化することから、かかる設定・把握には、あらかじめ分解処理後の分子状汚染物質の濃度に応じた吸着物質の平衡吸着量を算出しておく必要があるが、現在のところ、これといった算出方法がなく、唯一、ＪＩＳ  Ｋ  １４７４に定められた活性炭試験方法によることが考えられるのみである（非特許文献１参照。）。
【０００５】
このＪＩＳ法による場合は、分子状汚染物質を所定濃度（例えば、先述した分解処理後の分子状汚染物質の濃度。）に調節して活性炭が装填されたＵ字管内に２Ｌ／ｍｉｎの割合で通し（ワンパス方式）、活性炭の質量変化が一定値以下となったとき（平衡状態）の活性炭の増量を平衡吸着量とするものである（以下、この方法を、単にＪＩＳ法ともいう。）。
【０００６】
しかしながら、ＪＩＳ法による場合は、分子状汚染物質の濃度調節に煩瑣な作業が必要になるとの問題がある。また、先述した分解処理後の分子状汚染物質の濃度に応じた平衡吸着量を算出する場合は、分子状汚染物質の濃度を数μｇ／ｍ3程度に調節しなければならないが、分子状汚染物質を安定して低濃度に調節することは極めて困難であり、現実的でないとの問題がある。さらに、被吸着物質が汚染物質である場合は、Ｕ字管を通した後のガスが、分子状汚染物質を含むことになるため、そのままでは大気中に放散することができず、後処理しなければならないとの問題がある。
【非特許文献１】ＪＩＳハンドブック２００３  クリーンルーム  ５５８〜５７７頁  「活性炭試験方法」ＪＩＳ  Ｋ  １４７４：１９９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、吸着物質の平衡吸着量を算出する方法を、分子状物質の濃度調節や後処理をする必要がない方法とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
所定濃度の分子状物質と接した場合における吸着物質の平衡吸着量を算出する方法であって、
密閉容器内に前記分子状物質を含む被吸着物質と吸着物質とを共存させて前記被吸着物質からの分子状物質が前記吸着物質と接する状態とし、前記吸着物質の吸着量が平衡に達した後、前記密閉容器内の分子状物質の濃度と前記吸着物質の平衡吸着量とを測定する作業を、
前記密閉容器内に存在させる前記被吸着物質の量を変えて少なくとも２回以上行い、
得られた測定値に基づいて、分子状物質の濃度と吸着物質の平衡吸着量との相関関係式を求めておき、
この相関関係式に基づいて、所定濃度の分子状物質と接した場合における吸着物質の平衡吸着量を算出する、ことを特徴とする吸着物質の平衡吸着量の算出方法。
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
密閉容器内に被吸着物質と吸着物質とを共存させるとともに、前記密閉容器内の気相を撹拌する、請求項１記載の吸着物質の平衡吸着量の算出方法。
【００１０】
（主な作用効果）
（１）本発明の方法は、密閉容器内に存在させる被吸着物質の量を変えるのみで、濃度調節をする必要はないので、簡易であり、実現容易である。
【００１１】
（２）本発明の方法は、密閉容器内に被吸着物質と吸着物質とを共存させて被吸着物質からの分子状物質が吸着物質と接する状態とするのみであり、分子状物質を容器内に通すワンパス方式とするものではないので、分子状物質の後処理の問題が生じない。したがって、分子状物質が分子状汚染物質であるときに特に有効な方法となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、分子状物質の濃度調節や後処理をする必要がない吸着物質の平衡吸着量を算出する方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本実施の形態を示した。
本実施の形態においては、まず、恒温槽２内に設置され、内温が適宜の温度、例えば、２３℃に調節された密閉容器１内に、被吸着物質８と吸着物質７とを共存させる。これにより、被吸着物質８からの分子状物質が、密閉容器１内を漂い（拡散し）、吸着物質７と接触可能となる状態となる。本発明において、被吸着物質８は、その存在状態が特に限定されず、密閉容器１内に分子状物質を拡散するものであればよい。具体的には、例えば、分子状物質を蒸散する固形状、液状であることや、不織布や布などに捕捉された分子状物質であること、空気などのガスに含有された分子状物質であること、などを挙げることができる。本実施の形態では、液状物質とされ、シャーレ等の容器内収められている。
【００１４】
一方、分子状被吸着物質８が固形状、液状であれば、これらから分子状物質が蒸散して、被吸着物質８が不織布や布などに捕捉された分子状物質であれば、分子状物質の捕捉が解かれて、被吸着物質８が空気などのガスに含有された分子状物質であれば、そこから分子状物質が拡散して、密閉容器１内に分子状物質が漂うとなる。
【００１５】
分子状被吸着物質と吸着物質７とが並存状態下にあると、吸着物質７が分子状物質を気相吸着するが、この気相吸着には、当然、限界があり、一定量で平衡に達する。この平衡に達したことは、例えば、吸着物質７の質量増加が止まったことをもって知ることができる。なお、本明細書においては、この吸着量の限界を、平衡吸着量という。
【００１６】
吸着物質７の吸着量が平衡に達するまでには、ＪＩＳ法による場合はもちろん、本方法による場合もＪＩＳ法によるほどではないが、長時間かかる。そこで、密閉容器１内を撹拌する撹拌手段を備えるのが好ましく、本実施の形態では、磁性を持った材質からなる撹拌翼４Ａのみが密閉容器１内（底部）に位置するように構成されたマグネチックスターラー４を、備えている。マグネチックスターラー４などによって、密閉容器１内の気相を撹拌し、内部循環流を生じさせることにより、分子状物質の蒸散、拡散、吸着物質７への気相吸着が加速され、吸着物質７の吸着量が平衡に達するまでの時間が著しく短くなる。また、本実施の形態のように撹拌手段を、マグネチックスターラー４で構成すると、モーターなどを使用する場合における駆動部分から発生する汚染ガスや微粒子により測定結果に影響が生じるのを防止することができる。
【００１７】
以上の吸着物質７の吸着量が平衡に達するまでの時間は、吸着物質７の各部位に均等に分子状物質が接すれば、より短くなる。そこで、本実施の形態においては、密閉容器１内に、被吸着物質８及び吸着物質７の設置台３を備え、乱流を防ぐことにより均等な接触を可能にしている。この設置台３は、上下端面が開口する円筒状の筒体３Ａと、この筒体３Ａの下端縁に接続された底蓋３Ｂと、から主になる。底蓋３Ｂは、その周縁が密閉容器１の内壁に固定されている。底蓋３Ｂは、例えば、エキスパンドメタルや、パンチングメタル、金網などの通気抵抗の少ない多孔性部材からなっており、分子状物質が流通するようになっている。
【００１８】
設置台３の設置により、密閉容器１底部に備えた撹拌翼４Ａを回転すると、筒体３Ａの下端縁を潜り抜け、筒体３Ａ外周面に沿って上方に向かい、更に筒体３Ａ上端の開口から筒体３Ａ内に入り込む循環流が生じる（図中に長破線で示す。）。これにより、吸着物質７の各部位に均等に分子状物質が接するようになり、平衡に達するまでの時間が著しく短くなる。
【００１９】
吸着物質７の吸着量が平衡に達したら、その際における密閉容器１内の分子状物質の濃度と吸着物質７の平衡吸着量とを測定する。分子状物質の濃度は、その測定方法が特に限定されるものではない。本実施の形態においては、密閉容器１の上端面に、バルブ５の開閉に応じて密閉容器１内と連通自在とされた検知管６が接続されており、この検知管６によって抜き取った気中の分子状物質濃度を、例えば、図示しないガスクロマトグラフ質量分析装置等によって測定することにより求める。
【００２０】
他方、吸着物質７の平衡吸着量は、増加した質量を基に測定することができる。この質量の測定は、密閉容器１内に質量センサーを設け、この質量センサーによる測定値を密閉容器１外から読み取ることも、吸着物質７を取り出し、この取り出した吸着物質７の質量を測定することによることもできる。ただし、分子状物質が分子状汚染物質である場合は、前者によるのが好ましい。
【００２１】
以上、被吸着物質８と吸着物質７とを共存させてから分子状物質の濃度及び吸着物質７の吸着量を測定するまでの作業は、密閉容器１内に存在させる被吸着物質８の量を変えて少なくとも２回以上、好ましくは３回以上行う。そして、このようにして得られた測定値に基づいて、分子状物質の濃度と吸着物質の平衡吸着量との相関関係式を求める。この相関関係式の求めかたは特に限定されず、例えば、ラングミュア式によることができる。
【００２２】
このようにして相関関係式が得られたら、この式に基づいて、所定濃度の分子状物質と接した場合における吸着物質の平衡吸着量を算出する。
【００２３】
〔その他〕
（１）本発明における分子状物質とは、吸着物質による吸着処理の対象となる物質であり、気相中に分子状に分散するものである。分子状物質の種類は、特に限定されず、例えば、トルエン、アセトン、四塩化炭素、ベンゼンなどを例示することができる。本発明の方法は、例えば、廃棄物の焼却処理に伴って発生するガス中のダイオキシン類や、化学処理に伴って発生するガス中のＰＣＢ等の分子状汚染物質を対象とする場合に特に好ましい方法である。また、本発明の方法は、このようなガス吸着の分野における利用のほか、脱臭、溶剤回収、食品工業、化学工業などの気相吸着の分野においても利用することができる。
【００２４】
（２）本発明における吸着物質とは、分子状物質を物理吸着する性質を有する物質である。例えば、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、各種の粘土、アルミナ、酸化鉄、過塩素酸マグネシウム、イオン交換樹脂などを例示することができる。
【００２５】
（３）本発明における密閉容器とは、分子状物質が外部に漏れるおそれのない容器であり、その形状、素材などは、特に限定されない。
【実施例１】
【００２６】
ＳＵＳ製（３２０＃バフ研磨仕上げ）２０Ｌのチャンバー（密閉容器）を、１２０℃で空焼きしてチャンバー内表面に残る被吸着物質を脱着させた後、２３℃に制御した恒温槽内に設置した。
活性炭（吸着物質）を１２０℃で４時間減圧乾燥して吸着水を除去した後、１ｇを秤量し、すばやくチャンバー内に設置した。
被吸着物質としてトルエンを所定量、シャーレに秤量し、チャンバー内に設置した。チャンバーを密閉し、攪拌翼を回転させて、又は回転させないで、保持した。適宜、ガス検知管を介して抜き取った気中の濃度を分析した。濃度変化がなくなった後、チャンバーを開放し、活性炭をすばやく秤量して吸着量を求めた。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2005055260.tif 000003
【００２８】
図２に、トルエン仕込み量を表１のとおり、変更したときの気中トルエン濃度の経時変化を示した。保持時間の経過とともに気中濃度は減少し、やがて活性炭の物理吸着と平衡状態となった。仕込み量が多いほど高濃度で平衡濃度となる。
【００２９】
図３，４に、攪拌を行った場合と攪拌を行わない場合の気中濃度の経時変化を示した。攪拌を行うことで平衡に達するまでの時間が大幅に短縮されることがわかる。図３、４とも平衡に達するまでの時間が１／４〜１／６程度になっている。
【００３０】
なお、本実施例においては、分子状物質としてトルエンを対象としたが、アセトン、四塩化炭素、ベンゼンや、ダイオキシン類、ＰＣＢ等の汚染物質を対象とする場合においても、同様に平衡に達するまでの時間が短くなる。すなわち、一般に、吸着現象は、吸着物質表面に存在する細孔に分子状物質が取り込まれる現象であり、例えば、細孔の大きさが、分子状物質の分子直径の４〜５倍であれば、分子間力が三次元的に働くので吸着力がかなり強くなる。つまり、吸着傾向は、分子状物質の分子直径と吸着物質の細孔径分布との相関関係に依存することになり、沸点や蒸気圧をもつ物質であれば、全て同様の傾向を示すことになる。
【００３１】
図５に、攪拌有りの条件で測定した平衡吸着量の結果と、測定結果をラングミュア式に回帰した計算結果を示した。本測定法で測定した結果は、ラングミュア式で精度良く表される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態の説明図である。
【図２】トルエンの仕込み量が気中濃度の経時変化に及ぼす影響を示す図である。
【図３】撹拌の有無が気中濃度の経時変化に及ぼす影響を示す図である。
【図４】撹拌の有無が気中濃度の経時変化に及ぼす影響を示す図である。
【図５】測定結果を、ラングミュア式に回帰した計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…密閉容器、２…恒温槽、３…設置台、４…マグネチックスターラー、７…吸着物質、８…被吸着物質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005055260.tif 000006
【図４】
2005055260.tif 000007
【図５】
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